반응속도 빠른 3차원 LCD 구현 기술 개발

기존의 액정에 비해 넓은 온도범위(25도 이상)에서 안정적으로 발현되며 반응속도도 빠른 차세대 고성능 액정 디스플레이(LCD) 기반 기술이 개발됐다.

27일 교육과학기술부는 경희대학교 최석원 교수(41세), 김민준 석사 과정생 등이 주도해 기존 LCD 대비 반응속도가 최대 1천배인 3차원 나노구조 액정 변환 기술이 구현됐다고 밝혔다. 이 기술을 이용하면 생산 공정도 단축할 수 있다.

이 연구는 교육과학기술부, 삼성디스플레이 등의 지원으로 수행됐으며 연구 결과는 영국왕립화학회 학술지 ‘케미컬 커뮤니케이션’ 최신호(9월 14일) 내부 표지논문으로 발표됐다. LCD는 액체와 고체의 중간상인 액정의 전기적, 광학적 성질을 이용한 표시소자다. 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정과 같이 규칙적으로 배열됐다. 이 분자배열이 외부전계에 의해 변하는 광학적 성질을 이용해 표시소자로 만든 것이 바로 LCD다.

1888년 처음 발견된 액정은 1968년 디스플레이에 응용되면서 스마트폰, 노트북PC, 모니터, TV 등에 다양하게 활용됐다. 특히 LCD 산업은 우리나라가 세계를 선도하는 주요 산업 기술 중 하나다.

국내외적으로 LCD산업의 경쟁력을 강화하기 위해 화질이 더욱 선명하면서도 신속하게 반응하는 LCD를 구현하는 연구가 진행되고 있다. 현재 이것을 가능하게 하는 차세대 핵심재료로서 ‘광학 등방 액정재료’가 주목 받고 있다.

그러나 지금까지 이 액정재료는 극히 짧은 온도범위(1~2도)에서만 구현된다는 제약이 단점으로 지적됐다.

광학 등방 액정은 액정 재료의 분자간의 상관거리가 가시광의 파장보다 작은 액정으로 이 액정재료가 있으면 별도의 분자정렬 공정과정이 필요 없다.

최 교수 연구팀은 새로운 형태의 액정 재료를 혼합한 액정상에 자외선을 쬐어 기존의 액정을 25도 이상의 넓은 온도 범위에서 별도의 분자정렬 공정 없이 3차원 나노구조 액정으로 변환시키는데 성공했다.

최 교수팀은 액정 혼합물에 ‘빛에 의해 분자의 형태가 변하는 분자(광응답성 분자)’를 혼합한 후 자외선을 쬐어 분자의 형태를 변화시켜(광이성질체화) 분자 간에 서로 섞이지 않는 현상(상 분리)을 이용하면 스스로 별도의 분자정렬 공정이 필요 없는 3차원 나노구조 액정을 만들 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

광응답성 분자란 빛에 의해 물성과 기능이 가역적으로 변하는 분자이고 광이성질체화는 분자가 빛을 흡수해 들뜬상태를 거쳐 이성질체화를 일으키는 현상이다.

특히 기존의 연구결과에서는 별도의 분자정렬 공정이 필요 없는 3차원 나노구조 액정으로 변환된 후 가시광선이나 열처리로 원래의 액정으로 되돌아갔다. 이번 연구에서는 분자 간에 서로 섞이지 않는 현상(상 분리) 기술을 이용해 원래 상태로 되돌아가지 않고 안정된 상태를 유지한다는 점에서 의미가 크다.

최 교수는 “연구를 통해 자발적으로 3차원 나노구조를 갖는 차세대 핵심재료를 개발함에 따라 국내 디스플레이 분야에서 새로운 경쟁력을 확보하고 차세대 디스플레이 개발에 밑거름이 될 것으로 기대한다”고 말했다.